(57)【要約】【課題】鋭利な外形のダイヤモンド砥粒等で高速研磨をするとともに、所定のタイミングで化学研磨作用のある砥粒が自動的に供給されて鏡面処理がされる。【解決手段】ダイヤモンド砥粒１８等を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面２０から他方の面２２に通じる多数の連続気泡２４を有する多孔質板１６に、室温で連続気泡２４中を重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体２６であって、被研磨材３０の作用面３２を機械的及び化学的に研磨する作用のある砥粒２８を混入したものを、連続気泡２４中に含浸させる。液体２６は、被研磨材３０を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により軟化して流動性が高まり、化学研磨剤２８とともに、作用のある砥粒３０の作用面３２に流れ出る。化学研磨作用のある砥粒２８の粒径は、ダイヤモンド砥粒１８の粒径以上のものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬くて機械的に鋭い外面を持つ第１の砥粒を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面から他方の面に通じる多数の連続気泡を有する多孔質板に、
室温で前記多孔質板の前記一方の面から他方の面に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体であって、被研磨材の作用面を機械的及び化学的に研磨する第２の砥粒を混入したものを、前記連続気泡中に含浸させており、
前記液体は、前記被研磨材を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により軟化して流動性が高まり、前記第２の砥粒とともに、前記被研磨材の作用面に流れ出る液体であって、
前記第２の砥粒の粒径は、前記第１の砥粒の粒径以上のものであることを特徴とする表面研磨板。
【請求項２】
硬くて機械的に鋭い外面を持つ第１の砥粒を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面から他方の面に通じる多数の連続気泡を有する多孔質板を被研磨材の作用面に押しつけて、前記被研磨材を前記第１の砥粒で研磨する装置と、
室温で前記多孔質板の前記一方の面から他方の面に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体であって、前記第１の砥粒の粒径以上の粒径を有し被研磨材の作用面を機械的及び化学的に研磨する第２の砥粒を混入したものを、前記連続気泡中に含浸させた状態で、前記被研磨材を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により前記液体を軟化させて流動性を高め、前記第２の砥粒とともに、前記被研磨材の作用面に流れ出させて、前記被研磨材の作用面を化学的に研磨する装置とを備えたことを特徴とする表面研磨装置。
【請求項３】
硬くて機械的に鋭い外面を持つ第１の砥粒を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面から他方の面に通じる多数の連続気泡を有する多孔質板を被研磨材の作用面に押しつけて、前記被研磨材を前記第１の砥粒で研磨するとともに、
室温で前記多孔質板の前記一方の面から他方の面に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体であって、前記第１の砥粒の粒径以上の粒径を有し前記被研磨材の作用面を機械的及び化学的に研磨する第２の砥粒を混入したものを、前記連続気泡中に含浸させ、
前記被研磨材を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により前記液体を軟化させて流動性を高め、前記第２の砥粒とともに、前記被研磨材の作用面に流れ出させて、前記被研磨材の作用面を化学的に研磨することを特徴とする表面研磨方法。
【請求項４】
請求項３に記載の表面研磨方法であって、
前記被研磨材の作用面に流れ出させた前記第２の砥粒により、前記被研磨材の作用面を化学的に研磨するとともに、前記多孔質板の他方の面及びその他方の面に付着した異物と化学的に反応させて、前記多孔質板の他方の面の目詰まりを防止することを特徴とする表面研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハ等の表面の鏡面加工処理に使用される表面研磨板と表面研磨装置と表面研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ等を鏡面研磨する場合には、砥石を被研磨材の表面に押し当てて摺り合わせる。短時間で高い平坦度の研磨処理を実現するために、有効面積の広い表面研磨板が開発された（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４７３７６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
被研磨材を速く研磨する場合には、鋭利な外形のダイヤモンド砥粒を使用することが好ましい。一方、被研磨材の鏡面研磨には、化学研磨剤を使用することが好ましい。このために、研磨工程の前半と後半で表面研磨板を交換したり、使用する砥粒を入れ替えたりする作業が要求される。このような作業に研磨処理のための時間短縮に限界があり、自動化する場合にも複雑な制御が必要になる。
上記の課題を解決するために、本発明は、鋭利な外形のダイヤモンド砥粒で高速研磨をするとともに、所定のタイミングで化学研磨剤が自動的に供給されて、鏡面処理がされる表面研磨板と表面研磨装置と表面研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
硬くて機械的に鋭い外面を持つ第１の砥粒を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面から他方の面に通じる多数の連続気泡を有する多孔質板に、室温で前記多孔質板の前記一方の面から他方の面に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体であって、被研磨材の作用面を機械的及び化学的に研磨する第２の砥粒を混入したものを、前記連続気泡中に含浸させており、前記液体は、前記被研磨材を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により軟化して流動性が高まり、前記第２の砥粒とともに、前記被研磨材の作用面に流れ出る液体であって、前記第２の砥粒の粒径は、前記第１の砥粒の粒径以上のものであることを特徴とする表面研磨板。
【０００６】
〈構成２〉
硬くて機械的に鋭い外面を持つ第１の砥粒を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面から他方の面に通じる多数の連続気泡を有する多孔質板を被研磨材の作用面に押しつけて、前記被研磨材を前記第１の砥粒で研磨する装置と、室温で前記多孔質板の前記一方の面から他方の面に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体であって、前記第１の砥粒の粒径以上の粒径を有し被研磨材の作用面を機械的及び化学的に研磨する第２の砥粒を混入したものを、前記連続気泡中に含浸させた状態で、前記被研磨材を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により前記液体を軟化させて流動性を高め、前記第２の砥粒とともに、前記被研磨材の作用面に流れ出させて、前記被研磨材の作用面を化学的に研磨する装置とを備えたことを特徴とする表面研磨装置。
【０００７】
〈構成３〉
硬くて機械的に鋭い外面を持つ第１の砥粒を全体に分散させて埋め込んで固化され、一方の面から他方の面に通じる多数の連続気泡を有する多孔質板を被研磨材の作用面に押しつけて、前記被研磨材を前記第１の砥粒で研磨するとともに、室温で前記多孔質板の前記一方の面から他方の面に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つ液体であって、前記第１の砥粒の粒径以上の粒径を有し前記被研磨材の作用面を機械的及び化学的に研磨する第２の砥粒を混入したものを、前記連続気泡中に含浸させ、前記被研磨材を研磨するときに発生する熱もしくは外部から供給される熱により前記液体を軟化させて流動性を高め、前記第２の砥粒とともに、前記被研磨材の作用面に流れ出させて、前記被研磨材の作用面を化学的に研磨することを特徴とする表面研磨方法。
【０００８】
〈構成４〉
構成３に記載の表面研磨方法であって、前記被研磨材の作用面に流れ出させた前記第２の砥粒により、前記被研磨材の作用面を化学的に研磨するとともに、前記多孔質板の他方の面及びその他方の面に付着した異物と化学的に反応させて、前記多孔質板の他方の面の目詰まりを防止することを特徴とする表面研磨方法。
【発明の効果】
【０００９】
ダイヤモンド砥粒で被研磨材の作用面を高速研磨する。この研磨で発生する熱で、液体が化学研磨剤とともに作用面に流れでて、化学研磨が開始される。その後は化学研磨剤が鏡面研磨を開始する。
化学研磨剤は、被研磨材の作用面を鏡面研磨するだけでなく、被研磨材の作用面に対向している多孔質板の他方の面と化学反応をする。これにより、多孔質板の他方の面からダイヤモンド砥粒が分離し易く、さらに、多孔質板の他方の面の目詰まりを防止して、研磨性能を維持する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の多孔質板１６の構造を示す部分拡大横断面図である。
【図２】本発明の多孔質板１６の研磨処理開始時の状態を示す部分拡大横断面図である。
【図３】本発明の多孔質板１６の鏡面研磨処理時の状態を示す部分拡大横断面図である。
【図４】本発明の多孔質板研磨装置の実施例正面図である。
【図５】比較例のスラリー方式研磨装置の正面図である。
【図６】加工方式の違いによるシリコンウエハチップの強度比較図（１）である。
【図７】加工方式の違いによるシリコンウエハチップの強度比較図（２）である。
【図８】加工方式の違いによるシリコンウエハチップの表面粗さ比較図である。
【図９】本発明の目詰まり完全効果を検証する実験例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１〜図３を参照しながら、まず、本発明の多孔質板１６の構造と、その研磨処理の概略を説明する。これらの図は、いずれも、多孔質板１６と被研磨材３０とが接する部分の断面を拡大したものである。従って、図面に現れているのは、多孔質板１６と被研磨材３０のごく一部分である。図中のダイヤモンド砥粒１８や化学研磨作用のある砥粒２８や連続気泡２４は必ずしも実物の形状や状態を正確に示すものではなく、説明の便宜上、わかりやすく図示したものである。
【００１２】
図１に示すように、多孔質板１６は、ダイヤモンド砥粒１８を全体に分散させて埋め込んで固化されたものである。多孔質板１６は、セラミックを焼結したものでもよい。あるいは、合成樹脂にダイヤモンド砥粒１８を練り込んで固化させたものでもよい。セラミック粒とダイヤモンド砥粒１８とを混ぜ合わせて接着剤で固化したものでもよい。
【００１３】
ダイヤモンド砥粒１８は、被研磨材３０を機械的に鋭く速く研磨する、化学的に安定な研磨剤である。被研磨材３０の作用面３２を速く研磨して平坦化するのに適する。多孔質板１６に埋め込む砥粒はこのような硬くて機械的に鋭い外面を持つもの、例えば、ジルコニアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を採用することができる。上記の＜構成＞の説明では、多孔質板１６に埋め込む砥粒を、第１の砥粒と表現した。被研磨材３０は、例えば、シリコンウエハーである。表面研磨により欠陥を消滅させ、その強度を高めるための加工をする。
【００１４】
多孔質板１６は、一方の面２０から他方の面２２に通じる多数の連続気泡２４を有する。ここに、液体２６を含浸する。液体２６は、室温で多孔質板１６の一方の面２０から他方の面２２に向かって重力で自然流下しない程度の粘性を持つように調整する。例えば、寒天、セルロース、ワセリンやグリス等を使用することができる。さらに、カラギナンやＣＭＣ（カルボキシメチルセルローズ）といった、食料用の増粘剤を使用することができる。また、歯磨き粉に使われているポリエチレングリコールを使用することもできる。食料用等の材料は、そのまま下水に廃棄しても安全で環境を汚染しない効果がある。
【００１５】
液体２６には、被研磨材３０を機械的及び化学的に研磨する化学研磨作用のある砥粒２８を混入する。この液体２６を、多孔質板１６の連続気泡２４中に含浸させる。化学研磨作用のある砥粒２８は例えば、セリア、雲母、酸化鉄等の砥粒である。化学研磨作用のある砥粒２８は、被研磨材３０を機械的に削って研磨する機能を持つとともに、被研磨材３０の作用面３２と化学的に反応をして、鏡面仕上げを行うことができる。被研磨材３０の一部を吸着して引き剥がすような反応をするものが好ましい。上記の＜構成＞の説明では、第２の砥粒と表現した。第１の砥粒は、第２の砥粒と比べて、より、硬くて機械的に鋭い外面を持つものであればよい。なお、液体中に少量のダイヤモンド砥粒のような化学研磨作用の無いものが混在していても構わない。
【００１６】
液体２６は、ダイヤモンド砥粒１８が被研磨材３０の作用面３２に押しつけられて被研磨材３０を研磨するときに発生する熱により軟化して流動性が高まり、化学研磨作用のある砥粒２８とともに、被研磨材３０の作用面３２に流れ出る。なお、所定のタイミングで外部から熱を加えて強制的に液体２６を軟化させてもよい。
【００１７】
図２に示すように、研磨開始当初は、多孔質板１６の他方の面２２に露出したダイヤモンド砥粒１８が被研磨材３０の作用面３２に押しつけられて、被研磨材３０の作用面３２を一定の平坦度になるまで研磨する。被研磨材３０の作用面３２が一定の平坦度に達すると、多孔質板１６の他方の面２２と被研磨材３０の作用面３２との間に挟まれた多数のダイヤモンド砥粒１８と多孔質板１６の他方の面２２と被研磨材３０の作用面３２との間の摩擦が大きくなり、液体２６を軟化させる温度まで発熱する。
【００１８】
化学研磨作用のある砥粒２８の粒径は、ダイヤモンド砥粒１８の粒径以上のものである。なお、一部にダイヤモンド砥粒１８の粒径に満たない化学研磨作用のある砥粒２８が混入していても構わない。
【００１９】
図３に示すように、軟化した液体２６と化学研磨作用のある砥粒２８が多孔質板１６の他方の面２２と被研磨材３０の作用面３２との間に流れ出すと、粒径の大きな化学研磨作用のある砥粒２８が被研磨材３０の作用面３２に強く接触するようになる。その結果、化学研磨作用のある砥粒２８の化学反応により被研磨材３０の作用面３２が鏡面処理される。多孔質板１６と化学研磨作用のある砥粒２８と被研磨材３０の作用面３２との間の摩擦熱により温度上昇するから化学反応も促進される。
【００２０】
化学研磨作用のある砥粒２８の化学反応は、被研磨材３０の作用面３２を鏡面処理するだけにとどまらない。化学研磨作用のある砥粒２８は、多孔質板１６の他方の面２２に対しても作用する。化学研磨作用のある砥粒２８が多孔質板１６の他方の面２２に作用すると、ダイヤモンド砥粒１８が多孔質板１６の他方の面２２から脱落し易くなる。
【００２１】
即ち、研磨工程で、多孔質板１６の他方の面２２から次々に新しいダイヤモンド砥粒１８が被研磨材３０の作用面３２上に供給され、ダイヤモンド砥粒１８による研磨能力が維持される。
【００２２】
さらに、多孔質板１６の他方の面２２に、用済みの砥粒や被研磨材３０の削りカスが付着して目詰まりを起こすことがある。化学研磨作用のある砥粒２８はこれらに作用して、多孔質板１６の他方の面２２への目詰まりを防止する機能がある。
【００２３】
大量にスラリー４４を流すことにより目詰まりをある程度防止する方法もあるが、必ずしも有効でない。スラリー４４の量が少ない場合や、スラリー４４を流さない乾式研磨処理の場合に、特に、目詰まりが生じやすい。化学研磨作用のある砥粒２８による目詰まり防止効果は、このような場合に効果を発揮する。以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
実施例として、図４に示すような表面研磨装置１４を使用する。固定台３８の上面に被研磨材３０を吸着固定する。厚さ８０μｍ、直径３００ｍｍのシリコンウエハーである。この上面に表面研磨板１２を押しつけ、表面研磨板１２を矢印４０の方向に回転駆動して研磨する。表面研磨板１２はポーラスセラミック板に平均粒径が０．６５〜０．８９ｎｍのダイヤモンド砥粒を混入させて焼結したものである。この表面研磨板１２に、セリア砥粒を混入した液体を含浸させた。セリア砥粒の平均粒径は２μｍである。増粘剤としての液体には寒天を使用した。このゲル化開始温度は摂氏４０度である。なお、厚さ５０μｍのシリコンウエハーについても、同様の実験を行った。
【比較例１】
【００２５】
比較例として、図５に示すような装置を使用する。ホルダ４２の下面にシリコンウエハー３６を吸着固定する。回転台４８の上面には、ポリシングクロス４６が固定されている。ポリシングクロス４６にスラリー４４を滴下する。回転台４８を矢印５０の方向に回転駆動して、シリコンウエハー３６を研磨する。シリコンウエハー３６は、実施例１で使用したものと同一の形状のシリコンウエハーである。スラリー４４には、平均粒径が０．６５〜０．８９ｎｍのダイヤモンド砥粒を混入させた。研磨時間はいずれも同じ2分間とした。
【００２６】
図６により、厚さ８０μｍのシリコンウエハーについてみると、実施例１の装置では、シリコンウエハーのどの部分もほぼ同程度の強度に均一に研磨できたことが分かる。一方、比較例の場合には、シリコンウエハーの場所による強度のばらつきが大きく、全面が均一に鏡面研磨されていないように見える。図７により、厚さ５０μｍのシリコンウエハーについてみると、実施例１の装置では、厚さ８０μｍのものよりもばらつきが大きいが、強度は同等程度であって、良好に研磨できたことが分かる。一方、比較例の場合には、一部で強度が不十分な部分が生じている。
【００２７】
図８で、研磨後の表面粗さを比較してみる。これは、厚さ５０μｍのシリコンウエハーについて検査をした結果である。実施例１のものと比べて、比較例のものは、中心付近の表面粗さが実施例１のものよりも粗いことが分かる。これは、図７の結果と良く整合する。以上の結果、本発明による表面研磨板を使用した装置は、従来よりも短時間で良好な鏡面研磨ができることが実証された。なお、比較例の場合、さらに長時間研磨を続行することにより、目的とする鏡面研磨が実現でき、目的とする強度が得られることはいうまでもない。
【００２８】
図７を用いて、目詰まり防止効果を説明する。図４に示した装置により、上記の実施例１の表面研磨板を使用して乾式でシリコンウエハ３６を２分間研磨したときと、ダイヤモンド砥粒のみを使用して同じ時間研磨したときを比較した。実施例１の表面研磨板を使用したとき、矢印４０方向の回転トルクの変化は比較的小さい。目詰まりが防止されて研磨性能が大きく変化しないからである。一方、ダイヤモンド砥粒のみを使用したときは、目詰まりが進んで研磨能力が低下し、だんだん回転トルクが小さくなっている。即ち、本発明の表面研磨板は、目詰まり防止機能がきわめて優れていることが実証された。
【符号の説明】
【００２９】
１２  表面研磨板
１４  表面研磨装置
１６  多孔質板
１８  ダイヤモンド砥粒
２０  一方の面
２２  他方の面
２４  連続気泡
２６  液体
２８  化学研磨剤
３０  被研磨材
３２  作用面
３６  シリコンウエハ
３８  固定台
４０  矢印
４２  ホルダ
４４  スラリー
４６  ポリシングクロス
４８  回転台
５０  矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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